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Wasserhaushalt

Der Wasserhaushalt von Waldökosystemen folgt einem komplexen Regelwerk aus Zuflüssen (Niederschläge, Kondensation im Kronenraum und kapillarem Aufstieg von Bodenwasser aus dem Grund-wasser), Abflüssen (wie Oberflächenverdunstung, Transpiration der Bäume, Tiefenversickerung und oberflächennahen Abflüssen) sowie Speichergrößen im Bestand und im Boden.

Die Wasserversorgung der Bäume ist ein wichtiger Standortsfaktor für den Wald, der in Form von digitalen Standortskarten (LINK zu Standortinformationssystem) beschrieben und der Forstverwaltung zur Verfügung gestellt wird.

Auf der anderen Seite ist der Wald aber auch ein wichtiger Lieferant für sauberes Trinkwasser. Die Menge und die Qualität des Wassers, das den Wald verlässt und somit zur Trinkwasserversorgung beitragen kann, hängen maßgeblich vom Wald- und vom Bodenzustand ab. In der Regel gilt, dass im Wald gebildetes Wasser geringer belastet ist als aus landwirtschaftlichen Bereichen.

Annähernd zwei Drittel der Wasserschutzgebiete Bayerns liegen im Wald, insgesamt 140.000 Hektar. Dies zeigt die besondere Bedeutung des Waldes für sauberes Trinkwasser. Aufgrund der Reinigungswirkung des Waldes können zwei Drittel des Trinkwassers völlig naturbelassen und ohne Aufbereitung direkt von den Brunnen oder Quellen dem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.

Komponenten des Wasserhaushalts von Waldökosystemen. Zugänge von Wasser durch Niederschlag, Kondensation, lateralen Zufluss, und kapillaren Aufstieg. Abgänge von Wasser durch Oberflächenverdunstung,Transpiration, lateralen Abfluss und Tiefensickerung (vertikaler Abfluss). Bodenwasservorratsformel verändert nach REHFUESS (1990).

Angesichts des Klimawandels steht der Wasserkreislauf vermehrt im Zentrum des öffentlichen Interesses. Extreme Witterungsereignisse wie der „Jahrhundertsommer“ 2003 dienen als Wirkbeispiel für Wald und Forstwirtschaft. Auf der anderen Seite kommt es immer wieder auch in Bayern zu bedeutsamen Hochwässern, die die Frage nach einer Abflussmindernden Wirkung des Waldes laut werden lassen (Foto und Link zu Hochwasserartikel). Von Interesse sind auch Anpassungsstrategien im Zusammenhang mit dem vorbeugendem Hochwasserschutz.

Um all die wichtigen Prozesse und Funktionen des Wasserhaushalts der Wälder zu erfassen und dokumentieren zu können, messen wir die wichtigsten Komponenten an ausgewählten Standorten und entwickeln und testen mit diesen Messergebnissen physikalisch deterministische Wasserhaushaltsmodelle, die dann an vielen anderen Standorten angewendet werden können.

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Bodenfeuchtemessung

An sechs der 18 Waldklimastationen wird der Wassergehalt im Boden direkt gemessen. Hierzu sind pro Station 25 Messsensoren (5 Tiefen mit 5 Wiederholungen) im Boden eingebaut, die halbstündlich Messwerte liefern.

Dabei werden hochfrequente, elektromagnetische Wellen in den Boden geschickt und ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit erfasst. Die Geschwindigkeit der Ausbreitung im Boden hängt hauptsächlich vom Wassergehalt ab. Dieses moderne Messverfahren wird „Time Domain Reflektrometry“ (TDR) genannt. Die Messungen geben in hoher zeitlicher Auflösung die Änderung des Wasseranteils am gesamten Volumen des Bodens wieder. Über den Zusammenhang von Korngrößenverteilung und Porengrößenverteilung (pF-Kurve) des Bodens kann die pflanzenverfügbare Wassermenge berechnet werden (Artikel Osenstetter).

Je nach Bodenart und –typ schwankt diese Menge an Bodenwasser, die längerfristig von den Bäumen genutzt werden kann. Nur durch diese technisch aufwändigen Messungen kann der Wasserhaushalt genauer beschrieben werden. Diese Messungen bilden die Basis, damit an vielen anderen Waldstandorten, wo keine Messungen stattfinden, die Änderung im Wasserhaushalt aus Witterungs-, Vegetations- und Bodendaten modelliert werden kann. 

Modellierung des Wasserhaushalts

An der LWF wurde das prozessorientierte, forsthydrologische Modell BROOK90 weiterentwickelt und mit den gemessenen Bodenfeuchtedaten validiert.

Zusammen mit einer nutzerfreundlichen Oberfläche ist es inzwischen als LWF-BROOK90 bekannt und vielfach im Einsatz.

Mit diesem Modell kann nicht nur die Bodenfeuchte, sondern auch die Verdunstung mit all ihren Komponenten wie Interzeption, Evapotranspiration und Sickerung berechnet werden, sowohl für die Vergangenheit als auch für mögliche künftige Klimaänderung. 

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